JP2004177877A - ズームレンズ、その調整方法及びデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】デジタルカメラ用レンズにおいて、レンズ群の光路上に液晶偏向素子を挿入して光束を偏向させることで、ズーミング時においても性能劣化の少ない、像性能が良好な、容易にレンズ調整ができ、製造時の調整も容易で、コンパクトなズームレンズ、および従来例と同等に小型で調整容易なデジタルカメラを提供する。
【解決手段】デジタルカメラ用レンズにおいて、物体側から像面に至る光路上に設けられ光束の向きを補正的に調整するための液晶偏向素子１２と、この液晶偏向素子を制御する制御手段４７とを有することを特徴とするズームレンズを主たる構成にする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩カメラに用いる撮影用ズームレンズに関するもので、更に詳しくは、液晶偏向素子を用いる撮影用ズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の従来技術として、透明支持体間に液晶層を有する透明な液晶セル中において、液晶の平均的分子軸を一方の支持体側では、他方と垂直に配向させた構造とすることで、液晶セルに入射した光束を偏向させる、所謂屈折率の変化を利用する液晶偏向素子がある（例えば、特許文献１参照）。
又、ズームレンズの製造工程において調心を行うことは知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２４０５３３号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１８６１公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年デジタルカメラの市場は非常に大きなものとなっており、ユーザのデジタルカメラに対する要望も多岐にわたっている。中でも、小型化に関する要望は特に大きいものとなっている。
この小型化に対する要求を満足するため、デジタルカメラ用撮影レンズの設計は大変複雑化している。このため、デジタルカメラ用撮影レンズの製造誤差精度は従来と比較して大変高いものとなっており、部品精度のみに依存して組み付けるのではもはや十分ではない。特定のレンズがわずか数十ミクロンずれて組み付けられただけで、像性能が大幅に低下してしまうこともある。この像性能の低下を防ぐために、例えば各レンズ群の光軸を一致させるべく調心を行いながら組み付ける必要がある。
しかし、調心を行うと、組立工程に通常よりも多くの時間が必要になったり、作業者の育成に時間が必要になることが多くなるなど、コストも多くかかってしまうという問題点がある。また、調整可能とするために鏡胴セルの構造が複雑化し、部品点数も多くなる可能性が高い。
そこで本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、液晶偏向素子を用いて光束を偏向させることで、ズーミング時においても性能劣化の少ない、像性能が良好なズームレンズで、調整の自由度を増すことができ、液晶偏向素子によりコンパクトな、製造時の調整も容易なズームレンズ、および従来例と同等に小型でありながら調整容易なデジタルカメラを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、デジタルカメラ用レンズにおいて、物体側から像面に至る光路上に設けられ光束の向きを補正的に調整するための液晶偏向素子と、該液晶偏向素子を制御する制御手段とを有するズームレンズを最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記液晶偏向素子がレンズ群の移動に伴って移動するズームレンズを主要な特徴とする。請求項３記載の発明では、請求項２に記載のズームレンズにおいて、前記液晶偏向素子はズーミング時にレンズ群と一体になって移動するズームレンズを主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１に記載のデジタルカメラ用レンズにおいて、液晶偏向素子制御手段によって液晶偏向素子に印加される電圧がズーミングに伴って変化するズームレンズを主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項１に記載のデジタルカメラ用レンズにおいて、前記液晶偏向素子が複数設置されているズームレンズを主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記液晶偏向素子の電極として透明電極を用いた請求項１に記載のズームレンズを主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、製造時に光束の向きを補正的に調整する液晶偏向素子を動作させることによって像性能の調整を行うズームレンズの調整方法を最も主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項１から請求項６に記載のズームレンズを撮影用光学系として有するデジタルカメラを最も主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は３群ズームレンズの実施態様を示している。液晶配向素子１２は第２レンズ群１４と一体化した絞り１３の対物側におかれており、ズーミング時には第２レンズ群１４や絞り１３と一体に移動する。また、液晶配向素子１２は全光束にかかるように設置されている。液晶配向素子１２には必要に応じて液晶配向素子制御手段１６より適切な電圧が印加されている。
液晶偏向素子１２は、光束を透過させている状態において、電気的あるいは磁気的な信号で駆動することにより、透過光束の向きを変化させることができる光学素子である。この液晶偏向素子の作用により透過光束の向きが変化する方向を偏向方向と呼ぶ。
【０００６】
図２は液晶偏向素子の構成と作用を説明する図であり、図２（ｂ）において、液晶１は誘電異方性が正のネマチック液晶で、スペーサ３により所定間隔に保たれた一対の透明配向膜２Ａ、２Ｂ間に層状に密封されている。１Ａで示す液晶分子は分子軸方向に長い形状である。配向膜２Ａは、液晶分子１Ａの分子軸が配向膜表面に対して直交方向となるように配向処理され、配向膜２Ｂは、液晶分子１Ａの分子軸が配向膜表面に対して平行方向となるように配向処理されている。
配向膜２Ａの外側にはＺｎＯ等による透明な電気抵抗膜４が形成されている。透明な電気抵抗膜４、配向膜２Ａ、２Ｂおよび液晶１は、図２（ｂ）に示すように一対の透明なガラス基板５Ａ、５Ｂにより保持されている。ガラス基板５Ｂの配向膜２Ｂ側の面にはＩＴＯ等による透明な電極膜６が一面に形成されている。一方、ガラス基板５Ａの配向膜２Ａ側の面には、図２（ａ）に示すようなパターンの電極７Ａ、７Ｂが形成され、これら電極７Ａ、７Ｂは電気抵抗膜４に接している。電極７Ａ、７Ｂは、これらが光束の透過領域にかかる場合にはＩＴＯ等の透明電極であることを必要とするが（コンパクト化のため）、光束の透過領域外であれば不透明な電極としてもかまわない。
【０００７】
図２（ｂ）の状態において、電極膜６と電極７Ｂを接地し、図２（ａ）に示す電極７Ａ、７Ｂの端子Ａ、Ｂ間に電圧Ｖを印加すると、電気抵抗膜４の電位は、電極７Ａの側から電極７Ｂの側へ直線的に低下する。このため、電気抵抗膜４と透明な電極膜６との間には、図２（ｂ）の上方から下方に向かって直線的に減少する電界が作用する。
この電界は液晶１に作用し、液晶分子１Ａをその分子軸が電界に平行になるように回転させる。液晶分子１Ａの回転角は電界の強さに比例するため、電極７Ａの側では液晶分子１Ａの分子軸は電界の方向に近くなるが、電極７Ｂの側では電界が実質的に０であるので、液晶分子１Ａの分子軸は電極膜６に平行のままである。
液晶分子１Ａの誘電率は、分子軸に平行な方向において大きく、分子軸に直交する方向において小さい。このため、屈折率は分子軸に平行な方向においてより大きくなる。上記電界の作用により、液晶分子１Ａの分子軸の向きに分布が生じると、液晶１における屈折率は、図２（Ｃ）に示すように分子軸が電界に略平行となる電極７Ａの側から電極７Ｂの側へ直線的に減少する。
従って、このような屈折率分布が生じている液晶偏向素子に、図２（ｂ）の右側から光束を入射させて液晶偏向素子を透過させると、透過光束は屈折率分布の作用により、屈折率の高い側へ偏向される。接地する電極を電極７Ｂから７Ａに変えて、端子Ａ、Ｂ間に印加する電圧の向きを上記と逆にすれば、図２の場合と逆に、電極７Ｂの側から電極７Ａの側へ向かって減少する屈折率分布が得られ、透過光束を図２の下方へ偏向させることができる。
また、この液晶偏向素子の向きを変化させて複数配置することにより、調整の自由度を高めることもできる。
以上が屈折率変化を利用した液晶偏向素子による光束偏向の原理である。液晶偏向素子を駆動する電気信号としては直流電圧を用いても良いが、液晶偏向素子の寿命の面から考えてパルス状または正弦波状に変調された信号で、平均電圧が０Ｖ近傍であるものが望ましい。
【０００８】
本発明における製造時の調整は例えば以下の要領で行われる。図３に調整の一実施形態を示す。ズームレンズの像面位置にはチャートを設置し、光源から略平行光を照射している。ズームレンズの物体側には適切な距離をおいてＭＴＦ測定器２１を設置しておく。作業者はＭＴＦ測定器２１の結果が最も良くなるように、液晶配向素子２３に印加する電圧を変化させて調整を行う。さらに望ましくは、以上の作業をプログラムしておき、自動的に調整可能にしておくとより省人化が図れてよい。このように光束の向きを補正的に調整するために、上記液晶偏向素子を使用するようにしたので、製造時における像性能の調整が容易となる。
また、この組み付け時の調整を複数のズームポジションにおいて行い、その最良性能時に印加した電圧を記憶させておき、使用時にはズームポジションに対応した電圧を液晶偏向素子に印加することで、より良好な像性能を達成することが可能となる。
最後に図４および図５を参照して、カメラもしくは携帯情報端末装置としての実施例を示す。カメラ（携帯情報端末）は、撮影レンズ３５と受光素子（エリアセンサ）を有し、撮影レンズ３５によって形成される撮影対象物の像を受光素子上によって読み取るように構成されている。この撮影レンズとしては、本発明に記載のズームレンズを用いる。
【０００９】
受光素子からの出力は図５に示す中央演算装置４１の制御を受ける信号処理装置によって処理され、デジタル情報に変換される。信号処理装置によってデジタル化された画像情報は、中央演算装置の制御を受ける画像処理装置４２において所定の画像処理を受けた後、半導体メモリ４３に記録される。液晶モニタ４４には撮影中の画像を表示することもできるし、半導体メモリ４３に記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリに記録した画像は通信カード４５等を使用して外部へ送信することも可能である。
撮影レンズ３５はカメラの携帯時には図４（ａ）に示すように沈胴状態にあり、ユーザが電源スイッチを操作して電源を入れると、図４（ｂ）に示すように鏡胴が繰り出される。このとき、鏡胴の内部でズームレンズの各群は例えば短焦点端の配置となっており、ズームレバーを操作することで各群の配置が変化し、長焦点端への変倍を行うことができる。このとき、ファインダも撮影レンズの画角の変化に連動して変倍する。
また、このとき液晶偏向素子は制御手段から良好な像性能を出すのに電圧が印加され、必要な屈折率分布となっている。ズーミング時にはポジション毎に最適な電圧が印加される。つまり、液晶偏向素子は、ズーミング時にレンズ群の移動に伴って移動するが、このように構成することにより、ズーミング時においても性能劣化のない動作を行うことが可能となる。
シャッタボタンの半押しによりフォーカシングがなされる。請求項１〜請求項６に記載のズームレンズにおいて、フォーカシングはレンズ内のいずれかの群の移動、もしくは、受光素子の移動によって行うことができる。シャッタボタンをさらに押し込むと撮影がなされ、その後は既述の処理がなされる。
半導体メモリに記録した画像を図４（ｃ）に示す液晶モニタ３６に表示したり、カード等を使用して外部へ送信する際は、操作ボタン３７を使用して行う。半導体メモリおよび通信カード等は、それぞれ専用または汎用のスロット３８、３９に挿入して使用される。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、デジタルカメラ用レンズにおいて、物体側から像面に至る光路上に設けられ光束の向きを補正的に調整するための液晶偏向素子と、この液晶偏向素子を制御する制御手段とを有することを特徴とするズームレンズにより、液晶偏向素子を用いて光束を偏向させることで、調整の容易なズームレンズを提供することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記液晶偏向素子がレンズ群の移動に伴って移動することを特徴とするズームレンズにより、光束を偏向させる液晶偏向素子をズーミング時にレンズ群の移動に伴って移動させることで、ズーミング時においても性能劣化の少ないズームレンズの提供が可能になる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のズームレンズにおいて、前記液晶偏向素子はズーミング時にレンズ群と一体になって移動することを特徴とするズームレンズにより、ズーミング時においても像性能が良好なズームレンズの提供が可能になる。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のデジタルカメラ用レンズにおいて、液晶偏向素子制御手段によって液晶偏向素子に印加される電圧がズーミングに伴って変化することを特徴とするズームレンズにより、ズーミングを行っても良好な像性能を達成させることが可能になる。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のデジタルカメラ用レンズにおいて、前記液晶偏向素子が複数設置されていることを特徴とするズームレンズにより、調整の自由度を増したズームレンズの提供が可能になる。
請求項６に記載の発明は、前記液晶偏向素子の電極として透明電極を用いたことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズにより、液晶偏向素子がよりコンパクトであるズームレンズを提供することが可能になる。
請求項７に記載の発明は、製造時に光束の向きを補正的に調整する液晶偏向素子を動作させることによって像性能の調整を行うことを特徴とするズームレンズの調整方法により、製造時の調整が容易なデジタルカメラ用レンズの製造方法の提供が可能になる。
請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項６に記載のズームレンズを撮影用光学系として有するデジタルカメラにより、従来例と同等に小型でありながら調整の容易なデジタルカメラを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶偏向素子を配置した３群ズームレンズの概要断面図である。
【図２】本発明の液晶偏向素子の構成と作用を示す説明図である。
【図３】本発明のズームレンズの製造時の調整法の一例を示す概略説明図である。
【図４】本発明のズームレンズを使用したカメラ、携帯端末の一例の斜視図である。
【図５】本発明のズームレンズ使用のカメラ、携帯端末の回路構成のブロック図である。
【符号の説明】
１ 液晶、１Ａ 液晶分子分子軸、２Ａ、２Ｂ 配向膜、３ スぺーサ、４ 電気抵抗膜、５Ａ、５Ｂ ガラス基板、６ 電極膜、７Ａ、７Ｂ 電極、８Ａ、８Ｂ 端子、１１ 第一レンズ群、１２ 液晶配向素子、１３ 絞り、１４ 第二レンズ群、１５ 第三レンズ群、１６ 液晶配向素子制御手段、２１ ＭＴＦ測定器、２２ レンズユニット、２３ 液晶配向素子、２４ チャート、２５ 光源、３１ ファインダ、３２ シャッタボタン、３３ ズームレバー、３４ フラッシュ、３５ 撮影レンズ、３６ 液晶モニタ、３７ 走査ボタン、３８ メモリーカードスロット、３９ 通信カードスロット、４０ 電源スイッチ、４１ 中央演算装置、４２ 画像処理装置、４３ 半導体メモリ、４４ 液晶モニタ、４５ 通信カード、４６ 信号処理装置、４７ 制御手段、４８ 液晶配向素子、４９ 撮影レンズ、５０ 受光素子、５１ ファインダ。

Claims (8)

1. デジタルカメラ用レンズにおいて、物体側から像面に至る光路上に設けられ光束の向きを補正的に調整するための液晶偏向素子と、該液晶偏向素子を制御する制御手段と、を有することを特徴とするズームレンズ。
2. 請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記液晶偏向素子がレンズ群の移動に伴って移動することを特徴とするズームレンズ。
3. 請求項２に記載のズームレンズにおいて、前記液晶偏向素子はズーミング時にレンズ群と一体になって移動することを特徴とするズームレンズ。
4. 請求項１に記載のデジタルカメラ用レンズにおいて、液晶偏向素子制御手段によって液晶偏向素子に印加される電圧がズーミングに伴って変化することを特徴とするズームレンズ。
5. 請求項１に記載のデジタルカメラ用レンズにおいて、前記液晶偏向素子が複数設置されていることを特徴とするズームレンズ。
6. 前記液晶偏向素子の電極として透明電極を用いたことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
7. 光束の向きを補正的に調整するために請求項１乃至６に記載のズームレンズが備えた液晶偏向素子を動作させることによって、製造時における像性能の調整を行うことを特徴とするズームレンズの調整方法。
8. 請求項１から請求項６に記載のズームレンズを撮影用光学系として有するデジタルカメラ。

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